CN112584627B - 一种用石墨烯对陶瓷表面粗化的方法及覆铜板的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用石墨烯对陶瓷表面粗化的方法及覆铜板的制作方法，所述用石墨烯对陶瓷表面粗化的方法包括以下步骤：将液相分散的石墨烯涂覆在陶瓷基材的表面上，而后挥发掉溶剂；将液碱涂覆在陶瓷基材的表面上；而后对陶瓷基材进行烘烤；然后对陶瓷基材进行超声波清洗，得到粗化后的陶瓷基材。本发明方法通过增加石墨烯对陶瓷表面进行保护后再粗化，使其表面形成微观的粗糙面，可大大提高陶瓷基材与金属覆盖层之间的结合力；并使利用该粗化后的陶瓷基材制作的覆铜板的结合力达到陶瓷基覆铜板的剥离强度要求。

Description

一种用石墨烯对陶瓷表面粗化的方法及覆铜板的制作方法
技术领域
本发明涉及石墨烯应用和印制线路板制作技术领域，具体涉及一种用石墨烯对陶瓷表面粗化的方法及覆铜板的制作方法。
背景技术
石墨烯是一种由碳原子紧密堆积而成的二维晶体材料，其特殊的单原子层结构决定了它具有丰富而新奇的物理性质。
陶瓷基板因其介电常数低、导热性能优良、与芯片匹配的热膨胀系数低等优点，被广泛应用于半导体器件功率模块的衬板。
陶瓷的表面性质与金属覆盖层相差很大，导致两者无法直接结合，为了实现二者结合，目前使用NaOH溶液、混合酸溶液、甚至等离子体轰击的技术粗化陶瓷表面，增强金属焊料与陶瓷之间的机械嵌合力，从而间接解决陶瓷与金属基体相容性差的问题。
从冶金学观点看,陶瓷与表面金属覆盖层之间的交互作用之中,延晶、扩散和键合的作用十分微弱，为了尽可能提高陶瓷与金属覆盖层的结合强度, 必须对陶瓷基体表面进行粗化处理，适当地增加基体表面的粗糙度和接触面积,以便获得理想的表面形貌和润湿性能；随着对于线路板的高性能和高可靠性等的需求，使得陶瓷与表面金属覆盖层之间的结合力需要达到一定的剥离强度要求，但现有的粗化方法并不能为两者提供很好的结合力，需要对陶瓷的粗化进行改良。
发明内容
本发明针对上述现有的技术缺陷，提供一种用石墨烯对陶瓷表面粗化的方法，通过增加石墨烯对陶瓷表面进行保护后再粗化，使其表面形成微观的粗糙面，可大大提高陶瓷基材与金属覆盖层之间的结合力。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用石墨烯对陶瓷表面粗化的方法，包括以下步骤：
S1、将液相分散的石墨烯涂覆在陶瓷基材的表面上，而后挥发掉溶剂，使陶瓷基材表面形成一层石墨烯涂层；
S2、将液碱涂覆在陶瓷基材的石墨烯涂层表面上；
S3、而后对陶瓷基材进行烘烤；
S4、然后对陶瓷基材进行超声波清洗，得到粗化后的陶瓷基材。
进一步的，步骤S1中，液相分散中的石墨烯的质量百分比浓度为 0.1-1.0％。
进一步的，步骤S1中，石墨烯的粒径大小为1μm。
进一步的，步骤S1中，涂覆的方式为浸涂、滚涂、刷涂或者喷涂。
进一步的，步骤S2中，所述液碱为质量百分比浓度为30-50％的氢氧化钠。
进一步的，步骤S2中，涂覆的方式为浸涂、滚涂、刷涂或者喷涂。
进一步的，步骤S3中，将陶瓷基材置于320℃-600℃下烘烤10-30min。
进一步的，步骤S4中，超声波清洗的时间为10分钟以上。
本发明还提供了一种覆铜板的制作方法，包括以下步骤：
S10、按拼板尺寸开出如权利要求1-8任一项所述的方法粗化后的陶瓷基材；
S11、通过沉铜工序在陶瓷基材的表面沉积一层铜层；
S12、而后通过全板电镀加厚板面铜层的厚度，制得覆铜板。
进一步的，步骤S12中，将板面铜层的厚度镀至35μm。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过增加石墨烯对陶瓷表面进行保护后再粗化，利用石墨烯的微观片层结构和化学惰性，在微观状态下可以附着在陶瓷表面上，起到保护陶瓷颗粒不被后期粗化的氢氧化钠腐蚀的作用，最终形成微观的粗糙面，从而可大大提高陶瓷基材与金属覆盖层之间的结合力，且本发明粗化方法具有实施过程简单、粗化效果好和成本低的特点，容易实现工业化生产；本发明的方法应用范围广，不仅可以用在氧化铝陶瓷上，还可以运用在氮化铝陶瓷和氮化硅陶瓷上。
本发明中还通过在粗化后的陶瓷基材上形成镀铜层而制得覆铜板，使陶瓷基材与金属覆盖层之间具有良好的结合力，结合力达到陶瓷基覆铜板的剥离强度要求，满足高性能和高可靠性的要求。
附图说明
图1为实施例中原始陶瓷基材表面的电子扫描显微镜图像；
图2为实施例1中陶瓷基材表面粗化后的电子扫描显微镜图像；
图3为实施例2中陶瓷基材表面粗化后的电子扫描显微镜图像；
图4为实施例3中剥离下来的铜层背面的电子扫描显微镜图像。
具体实施方式
为了更充分的理解本发明的技术内容，下面将结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步介绍和说明。
实施例1
本实施例所示的一种用石墨烯对陶瓷表面粗化的方法，该方法采用石墨烯对陶瓷表面进行保护，依次包括以下处理工序：
(1)涂覆石墨烯：将液相分散的石墨烯喷涂在陶瓷基材表面上，喷涂量以形成的液膜不产生滴落为准，涂覆后挥发掉溶剂，让石墨烯吸附在陶瓷表面上，形成石墨烯涂层；液相分散中的石墨烯的质量百分比浓度为0.5％，石墨烯的粒径平均大小为1μm；液相分散的石墨烯即是将石墨烯均匀分散在溶液中，涂覆后在溶液挥发的过程中将石墨烯均匀分散在陶瓷基材表面上，本实施例中将石墨烯分散在酒精中，利用酒精的易挥发性，提高制作的生产效率。
(2)涂覆液碱：把涂覆了石墨烯的陶瓷基材浸入质量百分比浓度为50％的氢氧化钠溶液中，而后取出陶瓷基材后沥干，从而将液碱涂覆在陶瓷基材的石墨烯涂层表面上。
(3)高温粗化：把陶瓷基材放入马弗炉中进行烘烤，烤箱温度为500℃，高温保持时间30分钟。
(4)超声波清洗：用超声波清洗掉陶瓷基材表面的石墨烯和烧碱及反应产物；超声波清洗时的清洗剂为纯水，清洗时间为30分钟。
超声波清洗之后对陶瓷基材的表面进行电子显微镜观察，其电子显微镜图像如附图2所示，对比原始陶瓷基材表面的电子显微镜图像(如附图1所示)可以看到，经过石墨烯和氢氧化钠处理之后的陶瓷颗粒表面形成许多微小的坑洞，即最终形成微观的粗糙面，从而可大大提高陶瓷基材与金属覆盖层之间的结合力。
于其它实施例中，步骤(1)中，液相分散中的石墨烯的质量百分比浓度还可以为0.1-1.0％。
于其它实施例中，步骤(1)中，还可采用浸涂、滚涂或刷涂的方式将液相分散的石墨烯涂覆在陶瓷基材表面上。
于其它实施例中，步骤(2)中，还可采用喷涂、滚涂或刷涂的方式将液碱涂覆在陶瓷基材表面上。
于其它实施例中，步骤(3)中，高温粗化时的烤箱温度还可以为320℃ -600℃，时间为10-30min。
于其它实施例中，步骤(4)中，超声波清洗的时间还可以控制在10min 以上即可。
实施例2
本实施例所示的一种陶瓷表面粗化的方法，该方法不用石墨烯对陶瓷表面进行保护，依次包括以下处理工序：
(1)涂覆液碱：把陶瓷基材浸入质量百分比浓度为50％的氢氧化钠溶液中，而后取出陶瓷基材后沥干，从而将液碱涂覆在陶瓷基材的表面上。
(2)高温粗化：把陶瓷基材放入马弗炉中进行烘烤，烤箱温度为500℃，高温保持时间30分钟。
(3)超声波清洗：用超声波清洗掉陶瓷基材表面的烧碱及反应产物；超声波清洗时的清洗剂为纯水，清洗时间为30分钟。
超声波清洗之后对陶瓷基材的表面进行电子显微镜观察，其电子显微镜图像如附图3所示，对比原始陶瓷基材表面的电子显微镜图像(如附图1所示)可以看到，只经过氢氧化钠处理之后的陶瓷颗粒表面形成一些坑洞，坑洞的深度和数量远少于如实施例1所述方法通过石墨烯保护再经氢氧化钠腐蚀的效果(如附图2所示)，使陶瓷基材与金属覆盖层之间的结合力小。
实施例3
本实施例所示的一种覆铜板的制作方法，其采用经过实施例1所述的方法粗化后的陶瓷基材作为覆铜板的中间基材，依次包括以下处理工序：
(1)开料：按拼板尺寸520*620mm开出经过实施例1所述的方法粗化后的陶瓷基材。
(2)沉铜：通过化学沉铜工序在陶瓷基材的表面沉积一层铜层，从而在陶瓷基材的表面上沉积一层0.2-0.4μm厚的化学铜。
(3)电镀：而后通过全板电镀加厚板面铜层的厚度镀至所需的厚度，制得覆铜板；在一具体的实施例中，将板面铜层的厚度镀至35μm。
于其它实施例中，需要对电镀铜层和陶瓷基材之间的结合力进行检测时，步骤(3)之后还包括以下步骤：
(4)、贴胶带：在覆铜板的表面贴上3mm宽的胶带。
(5)蚀刻：而后通过蚀刻去除没有胶带保护的铜层，从而只在覆铜板上保留3mm宽的铜层线条。
(6)剥离：用刻刀挑起覆铜板上的铜层，把铜层从陶瓷基材上强力剥离下来。
对剥离下来的铜皮背面(与陶瓷基材表面结合的那一面)采用扫描电子显微镜观察，其电子显微镜图像如附图4所示，可以看到撕脱下来的铜皮上粘附了很多的陶瓷颗粒，撕脱时将陶瓷颗粒一并撕脱下来，从而间接证明了陶瓷基材表面的粗化效果。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种用石墨烯对陶瓷表面粗化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将液相分散的石墨烯涂覆在陶瓷基材的表面上，而后挥发掉溶剂；
S2、将液碱涂覆在陶瓷基材的表面上；
S3、而后对陶瓷基材进行烘烤；
S4、然后对陶瓷基材进行超声波清洗，得到粗化后的陶瓷基材。
2.根据权利要求1所述的用石墨烯对陶瓷表面粗化的方法，其特征在于，步骤S1中，液相分散中的石墨烯的质量百分比浓度为0.1-1.0％。
3.根据权利要求1所述的用石墨烯对陶瓷表面粗化的方法，其特征在于，步骤S1中，石墨烯的粒径大小为1μm。
4.根据权利要求1所述的用石墨烯对陶瓷表面粗化的方法，其特征在于，步骤S1中，涂覆的方式为浸涂、滚涂、刷涂或者喷涂。
5.根据权利要求1所述的用石墨烯对陶瓷表面粗化的方法，其特征在于，步骤S2中，所述液碱为质量百分比浓度为30-50％的氢氧化钠。
6.根据权利要求1所述的用石墨烯对陶瓷表面粗化的方法，其特征在于，步骤S2中，涂覆的方式为浸涂、滚涂、刷涂或者喷涂。
7.根据权利要求1所述的用石墨烯对陶瓷表面粗化的方法，其特征在于，步骤S3中，将陶瓷基材置于320℃-600℃下烘烤10-30min。
8.根据权利要求1所述的用石墨烯对陶瓷表面粗化的方法，其特征在于，步骤S4中，超声波清洗的时间为10分钟以上。
9.一种覆铜板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10、按拼板尺寸开出如权利要求1-8任一项所述的方法粗化后的陶瓷基材；
S11、通过沉铜工序在陶瓷基材的表面沉积一层铜层；
S12、而后通过全板电镀加厚板面铜层的厚度，制得覆铜板。
10.根据权利要求9所述的覆铜板的制作方法，其特征在于，步骤S12中，将板面铜层的厚度镀至35μm。
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